無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位方法研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)大量微型傳感器節(jié)點(diǎn)通過無線電通信形成一個(gè)多跳的自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，主要用來監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)部署區(qū)域中各種環(huán)境特性，比如溫度、濕度、光照、聲音、化學(xué)物質(zhì)濃度等。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將邏輯上的信息世界與客觀上的物理世界融合在一起，改變了人與自然界的交互方式，廣泛應(yīng)用在環(huán)境監(jiān)測、交通管理、醫(yī)療健康、軍事國防等諸多領(lǐng)域。
　　在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的許多應(yīng)用場合，節(jié)點(diǎn)定位是對監(jiān)測區(qū)域進(jìn)行目標(biāo)追蹤并做出相應(yīng)操作的基礎(chǔ)。傳感器節(jié)點(diǎn)采

2、集所需要的信息，并把信息發(fā)送給服務(wù)器。傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)回的信息必須和位置結(jié)合才有意義，甚至有時(shí)候需要傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)回單純的位置信息。因此，節(jié)點(diǎn)定位是無線傳感網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)之一。
　　本論文對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)自身特點(diǎn)進(jìn)行深度的分析，并對現(xiàn)有研究成果的不足進(jìn)行改進(jìn)和補(bǔ)充，最終取得具有理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的研究結(jié)果。本論文主要工作內(nèi)容包括:
　　(1)提出基于錨節(jié)點(diǎn)部署的無需測距定位方法，并依此設(shè)計(jì)四角DV-HOP定位算法。傳統(tǒng)的DV-

3、HOP定位算法，每個(gè)錨節(jié)點(diǎn)需要兩次全網(wǎng)絡(luò)廣播，一次用來獲得錨節(jié)點(diǎn)之間的最小跳數(shù)，一次用來廣播自身單跳矯正值。兩次廣播造成較大的通信量，從而消耗了傳感器節(jié)點(diǎn)較多的能量，減少了網(wǎng)絡(luò)使用壽命。四角DV-HOP定位算法利用錨節(jié)點(diǎn)部署將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)劃分成一些小區(qū)域，通過設(shè)置一個(gè)跳數(shù)閾值將錨節(jié)點(diǎn)的兩次廣播都限制在小區(qū)域附近，未知節(jié)點(diǎn)只利用區(qū)域內(nèi)的4個(gè)錨節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位計(jì)算。仿真結(jié)果分析表明四角DV-HOP定位算法減少了網(wǎng)絡(luò)通信量，降低了定位誤差。

4、r>　　(2)針對當(dāng)前無需測距定位方法定位誤差大的問題，提出基于接近度的無需測距定位方法，并設(shè)計(jì)對應(yīng)的PNN-MAP定位算法。接近度是新定義的一個(gè)用來表示鄰居節(jié)點(diǎn)距離遠(yuǎn)近的度量值。首先根據(jù)鄰居節(jié)點(diǎn)之間的幾何特征推導(dǎo)出一個(gè)線性函數(shù)，輸入是已知的鄰居節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)信息，輸出是接近度。然后用錨節(jié)點(diǎn)之間的距離和接近度計(jì)算一個(gè)接近度矯正值，接近度矯正值和鄰居節(jié)點(diǎn)之間接近度的乘積作為鄰居節(jié)點(diǎn)之間的估計(jì)距離。最后根據(jù)估計(jì)距離和MDS-MAP算法計(jì)算未知節(jié)點(diǎn)

5、的估計(jì)位置。仿真結(jié)果表明，PNN-MAP定位算法的估計(jì)距離誤差和定位誤差都要低于當(dāng)前同類型定位算法。
　　(3)針對無需測距定位方法在不規(guī)則區(qū)域定位誤差大的問題，提出基于過濾參數(shù)的不規(guī)則區(qū)域無需測距定位方法，并設(shè)計(jì)對應(yīng)的DPLA定位算法。首先設(shè)計(jì)距離估計(jì)算法，為了使得這種距離估計(jì)算法也適用于不規(guī)則區(qū)域，在計(jì)算矯正值時(shí)，推導(dǎo)出一個(gè)過濾參數(shù)來過濾掉受覆蓋空洞影響的錨節(jié)點(diǎn)信息，從而減小估計(jì)距離誤差。在獲得估計(jì)距離之后，未知節(jié)點(diǎn)在進(jìn)行定位

6、計(jì)算的時(shí)候分兩種情況:如果是規(guī)則區(qū)域，則每個(gè)未知節(jié)點(diǎn)利用到所有錨節(jié)點(diǎn)的距離和對應(yīng)的坐標(biāo)執(zhí)行最大似然估計(jì)法計(jì)算未知節(jié)點(diǎn)位置;如果是不規(guī)則區(qū)域，則每個(gè)未知節(jié)點(diǎn)利用離它最近的4個(gè)錨節(jié)點(diǎn)的估計(jì)距離和對應(yīng)的錨節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)執(zhí)行最大似然估計(jì)法計(jì)算未知節(jié)點(diǎn)的估計(jì)位置。仿真結(jié)果表明，DPLA定位算法在規(guī)則區(qū)域和不規(guī)則區(qū)域的估計(jì)距離誤差和定位誤差都要低于當(dāng)前同類型的分布式定位算法。
　　(4)針對如何利用同樣的鄰居節(jié)點(diǎn)之間距離獲得更加精確的定位結(jié)果這一問

7、題，提出基于貪婪思想的二階段定位方法，并設(shè)計(jì)對應(yīng)的GIL定位算法。將節(jié)點(diǎn)定位問題轉(zhuǎn)化為組合優(yōu)化問題，首先設(shè)計(jì)目標(biāo)函數(shù)來度量一組定位結(jié)果的優(yōu)劣。然后假設(shè)下一次定位結(jié)果為準(zhǔn)確坐標(biāo)，對前后兩次定位結(jié)果中鄰居節(jié)點(diǎn)之間距離關(guān)系進(jìn)行深度分析和推導(dǎo)，得到一個(gè)鄰域函數(shù)。為了獲得更精確的定位結(jié)果，將GIL定位算法分成兩個(gè)階段:第一階段，根據(jù)貪婪迭代優(yōu)化得到一組初始定位結(jié)果;第二階段為了減小翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象的影響，將滿足一定條件的未知節(jié)點(diǎn)升級為錨節(jié)點(diǎn)，重新執(zhí)行第一